由鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷組成的組合物制造技術

一種由鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷組成的組合物，其結晶部分由至少８０％體積的，尤其至少含有８５％體積的，優選至少９０－％體積的熱液石英混合晶體組成，其中熱膨脹系數在１．５×１０↑［－６］／Ｋ和３×１０↑［－６］／Ｋ之間。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

Composition consisting of lithium aluminum silicate glass ceramics

A composition consisting of lithium aluminum silicate glass ceramics, the crystalline part is composed of at least 80% volume, especially containing at least 85% volume, composition of hydrothermal quartz mixed crystal is preferably at least 90 volume%, the coefficient of thermal expansion in the 1.5 x 10 = \- 6 / K and 3 x 10 = -. 6 / K.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鋰硅酸鹽玻璃陶瓷的組合物以及制備該組合物的方法。本專利技術進一步涉及一種復合組合物，其包含至少第一鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷組合物，及至少第二具有低熱膨脹系數的金屬合金組合物。本專利技術進一步涉及鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷的新用途。這些年以來申請人已經成功使用Zerodur玻璃陶瓷作為精密部件用于光學和機械應用中。玻璃陶瓷Zerodur是一種鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷，其由堿性基礎玻璃體系Li2O-Al2O3-SiO2制備，其中通過添加成核劑例如TiO2或ZrO2，實現控制的結晶(參考DE-A-1 902 432)。此外，已知一種美國專利US4,851,372的類似玻璃陶瓷，已經由申請人以商標Zerodur-M實現了市場化。這些玻璃陶瓷用幾步進行制備。熔化和熱成形后，基礎玻璃被冷卻到玻璃轉變溫度以下。然后基礎玻璃通過控制結晶轉化為玻璃陶瓷品。這種陶瓷化是通過幾步退火處理過程進行的，其中最初在600和800℃之間的溫度，一般由TiO2或ZrO2/TiO2混合晶體通過成核形成晶核。而且SnO2也參與成核。在隨后溫度升高的過程中，高溫型石英混合晶體在大約750到900℃的結晶溫度下在這些核上生長。這里，可以這樣控制高溫型石英混合晶體相和玻璃相的體積分數以達到熱膨脹系數約為0。為達到該目的，一般需要大約80％體積的高溫型石英混合晶體與大約20％體積殘余玻璃的分數。通過控制高溫型石英混合晶體相和殘余玻璃的分數，其特征可在特定范圍內調整。但是，這些玻璃陶瓷的應用范圍限制到大約600℃，雖然已經存在130℃～300℃的特殊限制。此外，從EP-A-1 170 264已知，系統Li2O-Al2O3-SiO2的玻璃可被轉化為具有高溫型石英混合晶體和/或熱液混合晶體作為主要晶體相的玻璃陶瓷(LAS玻璃陶瓷)。如果在大約600℃和800℃之間范圍成核后，溫度進一步升高直至到大約900～1200℃，那么前面形成的高溫型石英混合晶體進一步轉化為熱液混合晶體(EP-A-1 170 264)。熱液混合晶體的轉化伴隨晶體的生長，即晶體大小的增加，其導致光彌散增加，即同時光發射減少。玻璃陶瓷品因此增加了外觀的不透明。根據EP-A-1 170 264在短時間內將溫度升高到1100℃或更高，由此玻璃陶瓷轉化為核中主要有熱液混合晶體相，及高溫型石英混合晶體相在接近表面處的陶瓷。這些玻璃陶瓷的熱膨脹系數低于1.5×10-6/K。但是由這種玻璃陶瓷制備的成形體到現在僅僅用作連續生產中的組合物。這些成形體以透明或不透明的狀態用在烹飪用具表面或烹飪用具或作為防火玻璃，作為壁爐玻璃，烹飪用具或作為高溫熱解爐窗。尤其是作為烹飪用具表面應用，要求熱膨脹系數小于1.5×10-6/K，并且在加工過程中優選要求熱膨脹系數為0×106/K。此外，為了特殊應用，需要由第一玻璃陶瓷組合物和第二金屬組合物組成的復合組合物。例如，玻璃陶瓷組合物可具有必要的精度，形狀精確度和溫度穩定性，而第二金屬組合物是必要的以保證復合組合物精確地固定及穩定的連接操作。在制造陶瓷或玻璃陶瓷和金屬的復合組合物中，主要問題一般是熱膨脹系數的差別，因為金屬的熱膨脹系數一般較陶瓷或玻璃陶瓷高很多。因此，本專利技術的一個目的就是公開一種鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷組合物以及生產這種組合物的方法，以拓寬這種材料的應用可能性。尤其是，這種組合物也應該能夠提供高于600℃的應用。此外，也公開了簡化將這種玻璃陶瓷組合物和具有低的熱膨脹系數的金屬合金組合物結合的可能性。根據本專利技術，通過一種組合物實現該目的，該組合物由鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷組成，其中晶體部分由至少80％體積，尤其是至少85％體積，優選至少90％體積的熱液混合晶體組成，其中熱膨脹系數在1.5×10-6/K和3×10-6/K之間。以這種方式完全實現本專利技術的目的。這種熱液玻璃陶瓷組合物具有特別的優點，因為其實際上只由穩定的熱液混合晶體相組成，而且幾乎不存在高溫型石英殘余相。尤其是，這種組合物可以在大幅高于600℃的溫度下使用，即高到大約1000℃或甚至更高的溫度用于短時間的使用。此外，這種組合物具有良好的抗輻射性(即，用于隔離應用)。同樣，不存在例如已知玻璃陶瓷Zerodur具有的滯后效應。因為其較高的熱膨脹系數，大約1.5×10-6/K到3×10-6/K，但一般范圍是大約2.0×10-6/K，這種組合物還可以特別有利地與由低熱膨脹系數的合金，例如Invar的組成的組合物結合。在這點上，熱在0℃和250℃之間膨脹系數的差可被保持在1×10-6/K，優選保持在0.5×10-6/K，尤其保持在至多0.1×10-6/K。因此，在這個溫度范圍使得連接操作相當地被簡化。令人驚奇的發現，希望的熱膨脹系數范圍可以達到，尤其是當采用添加3～15重量％的P2O5到基礎玻璃中時。可以一方面通過添加P2O5或另一方面通過使熱液石英相分級進行精密調整。尤其是這種組合物，其中的鋰鋁硅酸鹽玻璃陶瓷的結晶部分幾乎完全由熱液混合晶體形成，由于熱液混合晶體較高的穩定性，開辟了新的應用領域，即用于微平板印刷工作臺，作為鏡面，作為隔離板，作為校準體，或作為高性能激光系統諧振器的精確反射鏡。因為本專利技術的熱液石英玻璃陶瓷組合物通過澆鑄制備，相對于燒結的組合物，大的組合物也很容易制備。燒結的玻璃陶瓷也提供了良好的長期穩定性以及優異的耐化學環境影響性。熱液石英玻璃陶瓷的合適組合物可通過如下步驟制備-將鋰鋁硅酸鹽基礎玻璃澆鑄到模中；-在大約600到900℃的成核溫度下退火處理以成核；-為了形成熱液石英玻璃陶瓷，在大約800到1300℃的熱液石英形成溫度下退火處理以形成熱液石英，直到晶體相已經幾乎完全轉化為熱液石英混合晶體；-將玻璃陶瓷組合物冷卻到室溫。此處基本上可能在成核溫度退火處理后，開始在較高的結晶溫度下退火處理以結晶，隨后隨后進一步升高溫度，以將最初形成的高溫型石英混合晶體幾乎完全轉化為熱液石英混合晶體。在基礎玻璃澆鑄后或退火處理成核或結晶后，這樣形成體可在進一步退火處理轉化為不透明體之前，首先檢測其內部質量的透明狀態(氣泡，夾雜物，不均一性，條紋等)。或者，同樣可以通過最初在成核溫度下退火處理，及隨后在結晶溫度下退火處理，制備含有高溫型石英混合晶體作為主要晶相的初始的玻璃陶瓷。因此，例如從基礎玻璃制造Zerodur玻璃陶瓷，最初Zerodur玻璃陶瓷可被制備，其主要含有高溫型石英混合晶體相，并具有接近零的熱膨脹系數。通過隨后的加熱和退火處理到較高的熱液石英的形成溫度，之前形成的高溫型石英混合晶體可幾乎完全被轉化為熱液石英混合晶體。或者，也可在沒有任何中間冷卻步驟的情況下操作，或者在較低溫度下的650到850℃范圍內退火處理成核后，立即被加熱到用于形成熱液石英需要的較高溫度(溫度范圍大約800到1300℃)。同樣也可能是一個三步循環過程，通過最初在大約650到850℃的成核溫度范圍內進行退火處理，隨后在大約750到900℃的晶體形成溫度范圍(用于形成高溫型晶體相)內退火處理，然后在大約850到1300℃的熱液石英形成溫度范圍內進行退火處理以實現將高溫型石英混合晶體轉化為熱液石英混合晶體。用于熱液石英形成的退火處理，優選在至少900℃下進行，優選至少在1000℃下進行，至少一小時，尤其至少兩本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：托斯滕·德林，拉爾夫·捷達茲克，漢克·埃森曼，伊娃·赫爾策，艾娜·米特拉，
申請(專利權)人：肖特玻璃公司，
類型：發明
國別省市：